Forschender Unterricht mit Simulationen planen
Aktualisiert am 2026-10-02
Forschender Unterricht lässt die Lernenden eine Frage durch eigenes Untersuchen beantworten, statt eine Antwort zu bestätigen, die Sie ihnen schon gegeben haben. Simulationen machen das im normalen Unterricht praktikabel: Versuche dauern Sekunden, nichts geht kaputt, und jede Gruppe kann eine andere Variable testen. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen, wie Sie den passenden Grad der Offenheit wählen, eine Stunde mit geleiteter Forschung in sechs Schritten entwerfen und verhindern, dass daraus ziellose Klickerei wird. Er enthält eine komplette Stunde von 55 Minuten zur Frage, was bestimmt, wie schnell eine Pflanze Wasser verliert, mit den Daten, die die Lernenden tatsächlich erheben, und einem Fragenset für den Klassenlink.
Vier Stufen des forschenden Lernens
Forschendes Lernen ist keine Entweder-oder-Frage. Eine verbreitete Beschreibung richtet sich danach, wer die Frage, die Methode und die Antwort liefert.
| Stufe | Frage | Methode | Antwort |
|---|---|---|---|
| Bestätigend | Lehrkraft | Lehrkraft | Vorher bekannt |
| Strukturiert | Lehrkraft | Lehrkraft | Lernende finden sie |
| Geleitet | Lehrkraft | Lernende | Lernende finden sie |
| Offen | Lernende | Lernende | Lernende finden sie |
Die meisten „Versuche“ in Lehrbüchern sind bestätigend: Die Lernenden folgen Schritten zu einem Ergebnis, das sie schon kennen. Simulationen eignen sich besonders gut für strukturierte und geleitete Forschung. In diesem Leitfaden bedeutet geleitete Forschung, dass Sie die Frage stellen und die Lernenden die Untersuchung planen.
Die passende Stufe für Ihre Klasse wählen
- Strukturiert passt zu Lernenden, die das Kontrollieren von Variablen noch lernen, oder zu einer Simulation mit vielen Reglern. Sie geben die Schritte vor, die Lernenden entdecken das Muster.
- Geleitet passt zu Lernenden, die schon einen fairen Versuch planen können. Wenn sie die unabhängige, die abhängige und die kontrollierten Variablen ohne Hilfe benennen, sind sie bereit. Wenn nicht, hilft vorher eine kurze Übung mit der Simulation zum fairen Versuch.
- Offen ist wirkungsvoll, aber langsam. Nutzen Sie sie für ein Projekt am Ende einer Einheit, wenn die Lernenden mit denselben Werkzeugen schon mehrere geleitete Untersuchungen durchgeführt haben.
Gehen Sie immer nur eine Stufe weiter. Eine Klasse, die von der bestätigenden direkt zur offenen Forschung springt, verbringt die Stunde meist damit, Sie zu fragen, was sie tun soll.
Sechs Schritte zur Stunde mit geleiteter Forschung
1. Eine Frage wählen, die die Simulation beantwortet, aber nicht ausdruckt
Öffnen Sie die Simulation und prüfen Sie, was auf dem Bildschirm steht. Wenn sie die Formel anzeigt, die Ihre Frage beantwortet, schreiben die Lernenden sie ab, statt zu forschen. Für strukturierte Forschung ist das in Ordnung. Wählen Sie für geleitete Forschung eine Simulation oder eine Frage, bei der die Beziehung erst gefunden werden muss.
2. Jede Variable selbst durchspielen und die Überraschung finden
Nehmen Sie sich 15 Minuten, um die Daten zu erheben, die Ihre Lernenden erheben werden. Suchen Sie nach allem Nichtlinearen: einem Maximum, einem Plateau, einem Schwellenwert. Die Überraschung bringt die Lernenden zum Denken, und Sie müssen wissen, wo sie liegt, bevor die Lernenden sie finden.
3. Festlegen, was Sie vorgeben und was die Lernenden entscheiden
Bei geleiteter Forschung geben Sie die Frage, die Simulation und die Zeit vor. Die Lernenden wählen die zu testende Variable, den Bereich, die Anzahl der Werte und das Layout der Tabelle. Schreiben Sie vorher auf, welche Entscheidungen bei ihnen liegen, damit Sie sie nicht zurücknehmen, wenn eine Gruppe zögert.
4. Den Plan prüfen, bevor jemand die Simulation anfasst
Ein Plan aus drei Zeilen genügt: „Wir verändern ___ von ___ bis ___. Wir messen ___. Wir halten ___ konstant.“ Lesen Sie ihn, stellen Sie eine Frage und genehmigen Sie ihn. Diese fünf Minuten Prüfung ersparen Ihnen den größten Teil der verschwendeten Zeit in Forschungsstunden.
5. Die Präsentationsrunde planen
Geben Sie verschiedenen Gruppen verschiedene Variablen, damit die Antwort der Klasse aus den Daten aller entsteht. Lassen Sie mindestens zehn Minuten, damit die Gruppen ihre Diagramme vorstellen und vergleichen.
6. Die Forschung bewerten, nicht nur die Antwort
Hängen Sie ein Fragenset an den Klassenlink. Zahlenfragen bestätigen, dass die Lernenden richtig gemessen haben. Kurzantworten zeigen, ob sie über ihre Methode nachdenken können, einschließlich der Grenzen ihrer Schlussfolgerung.
Ausgearbeitetes Beispiel: Was bestimmt, wie schnell eine Pflanze Wasser verliert?
Stufe: geleitete Forschung · Alter: 13–16 · Zeit: 55 Minuten Simulation: Transpiration und Spaltöffnungen
Die Simulation zeigt eine Pflanze, die Nahansicht einer Spaltöffnung und vier Regler: Licht, Feuchte, Wind und Boden. Die Zeile unter dem Modell gibt die Öffnung der Spaltöffnungen, die Transpirationsrate in g/dm² pro Stunde und an, ob die Wasserbilanz der Pflanze positiv oder negativ ist. Es wird keine Formel angezeigt, die Lernenden müssen die Zusammenhänge also selbst finden.
Vor der Stunde
Erstellen Sie einen Klassenlink mit den Standardstartwerten: Licht 70 %, Feuchte 55 %, Wind 1 m/s, Boden 70 %. Bei diesen Werten sind die Spaltöffnungen zu 70 % geöffnet, die Transpirationsrate beträgt 1,02 g/dm²/Stunde, und die Wasserbilanz ist positiv (1,08). Hängen Sie das Fragenset unten an.
Einstieg (5 Minuten)
Öffnen Sie den Link im Präsentationsmodus am Beamer. Drücken Sie auf Mittagshitze. Die Spaltöffnungen sind zu 63 % offen, die Transpirationsrate springt auf 1,97, und die Wasserbilanz wird negativ (−1,07). Drücken Sie dann auf Nacht: Die Spaltöffnungen schließen sich, und die Transpiration hört auf. Fragen Sie: „Was hat sich zwischen diesen beiden Zuständen geändert? Welche dieser Änderungen ist am wichtigsten?“ Schreiben Sie die vier Faktoren an die Tafel.
Die Frage (vorgegeben)
„Wie wirkt sich jeder Faktor auf die Transpirationsrate aus?“
Plan (10 Minuten)
Jede Gruppe wählt einen Faktor. Achten Sie darauf, dass alle vier abgedeckt sind. Die Gruppen schreiben ihren Plan aus drei Zeilen, und Sie genehmigen ihn. Typische Impulse, wenn eine Gruppe nicht weiterkommt:
- „Welchen Bereich erlaubt der Regler? Nutzt ihr ihn ganz?“
- „Wie viele Werte braucht ihr, um die Form des Graphen zu sehen?“
- „Was macht ihr mit den anderen drei Reglern?“
Untersuchen (15 Minuten)
Die Gruppen stellen die Startwerte ein, verändern ihren Faktor in Schritten, notieren die Rate und zeichnen einen Graphen. Das sind die Ergebnisse, die sie erhalten sollten, wenn die anderen drei Faktoren auf den Startwerten stehen (Lehrerkopie):
| Licht (%) | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rate (g/dm²/h) | 0 | 0,29 | 0,58 | 0,87 | 1,17 | 1,46 |
| Feuchte (%) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rate (g/dm²/h) | 1,81 | 1,36 | 0,91 | 0,45 | 0 |
| Wind (m/s) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rate (g/dm²/h) | 0,76 | 1,29 | 1,81 | 2,34 | 2,87 |
| Bodenfeuchte (%) | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 70 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rate (g/dm²/h) | 0 | 0,13 | 0,38 | 0,64 | 0,89 | 1,02 | 1,02 | 1,02 |
Die Überraschung ist die Bodenfeuchte. Ab 45 % macht sie überhaupt keinen Unterschied mehr. Darunter beginnen sich die Spaltöffnungen zu schließen, und die Rate fällt auf null. Eine Gruppe, die nur 50 %, 70 % und 100 % testet, schließt daraus „Bodenfeuchte hat keine Wirkung“, was nur für den getesteten Bereich stimmt.
Die Windgruppe findet eine zweite Überraschung: Ab 5,5 m/s wird die Wasserbilanz negativ (−0,24 bei 6 m/s). Die Pflanze verliert mehr Wasser, als ihre Wurzeln aufnehmen, obwohl der Boden feucht ist.
Präsentieren und erklären (15 Minuten)
Jede Gruppe zeigt ihren Graphen und nennt ihr Ergebnis in einem Satz. Bauen Sie dann gemeinsam die Erklärung auf:
- Licht öffnet die Spaltöffnungen, sodass mehr Wasserdampf entweicht.
- Luftfeuchtigkeit bestimmt das Gefälle des Wasserdampfs zwischen Blatt und Luft. Bei 100 % gibt es kein Gefälle, also hört die Transpiration auf.
- Wind trägt die feuchte Luft direkt am Blatt weg und hält dieses Gefälle groß.
- Trockener Boden löst ein Signal aus, das die Spaltöffnungen schließt, um Wasser zu sparen. Die Pflanze verliert weniger Wasser, nimmt aber auch weniger CO₂ auf.
Fragen Sie die Bodengruppe direkt: „War eure Schlussfolgerung richtig?“ Das ist die wertvollste Minute der Stunde: Eine Schlussfolgerung gilt nur für den getesteten Bereich.
Abschluss (10 Minuten)
Die Lernenden beantworten einzeln das Fragenset unterhalb der Simulation.
Fragenset für den Link
- Vorhersage, Multiple Choice, noch einmal gefragt: „Welche einzelne Änderung erhöht die Transpirationsrate ausgehend von den Werten auf dem Bildschirm am stärksten?“ Optionen: Licht auf 100 % / Luftfeuchtigkeit herunter auf 20 % / Wind hoch auf 3 m/s / Bodenfeuchte hoch auf 100 %. Antwort: Luftfeuchtigkeit herunter auf 20 % (1,81, verglichen mit 1,46 beim Licht, 1,55 beim Wind und keiner Änderung beim Boden).
- Zahl: „Stelle die Bodenfeuchte auf 30 % und lass die anderen Startwerte. Welche Transpirationsrate zeigt die Simulation?“ Antwort: 0,64, Toleranz ± 0,02, Einheit g/dm²/Stunde.
- Zahl, Bereich: „Lass die anderen Startwerte. Finde eine Windgeschwindigkeit, bei der die Wasserbilanz negativ wird.“ Antwort: Bereich von 5,5 (eingeschlossen) bis 8 (eingeschlossen), Einheit m/s. Bei 5 m/s ist die Bilanz noch knapp positiv.
- Kurzantwort, von Hand gelesen: „Eine Gruppe testete die Bodenfeuchte bei 50 %, 70 % und 100 % und schloss, dass sie keine Wirkung hat. Was würdest du ihr sagen?“ Musterantwort: Ihr Ergebnis stimmt nur für diesen Bereich. Unter 45 % schließen sich die Spaltöffnungen, und die Rate sinkt, also müssen sie den ganzen Bereich testen, bevor sie eine Schlussfolgerung ziehen.
- Kurzantwort, von Hand gelesen: „Formuliere die Schlussfolgerung deiner Gruppe so: Wenn ___ zunimmt, ___ die Transpirationsrate, weil ___.“
Dieselbe Simulation auf drei Stufen
Sie können eine Simulation wiederverwenden, während die Klasse die Stufen hinaufsteigt. Hier ist die Transpirationsstunde auf drei Stufen des forschenden Lernens.
- Strukturiert (Alter 11–13): „Stellt das Licht auf 0, 20, 40, 60, 80 und 100 %. Lasst die anderen Regler in Ruhe. Notiert jedes Mal die Rate und zeichnet den Graphen.“ Sie geben die Methode vor, die Lernenden finden das Muster. Sie sollten bemerken, dass eine Verdopplung des Lichts von 40 % auf 80 % die Rate verdoppelt, von 0,58 auf 1,17.
- Geleitet (Alter 13–16): die Stunde oben. Sie geben die Frage vor, die Lernenden wählen Faktor, Bereich und Schritte.
- Offen (Alter 15–18, Ende der Einheit): Die Lernenden stellen eine eigene Frage. Zwei, die sich mit dieser Simulation gut eignen: „Welche Kombination von Bedingungen ergibt die höchste Rate, während die Wasserbilanz positiv bleibt?“ und „Ist Wind an einem trockenen oder an einem feuchten Tag wichtiger?“ Die zweite braucht zwei Variablen gleichzeitig, fragen Sie also, wie sie den Versuch fair halten wollen.
Ein Aufstieg um eine Stufe ändert, wer entscheidet, nicht die Simulation. So lässt sich die Abfolge über ein Jahr leicht planen.
Häufige Fehler
- Die Antwort steht auf dem Bildschirm. Prüfen Sie das vor der Stunde. Wenn die Simulation die Gleichung ausgibt, bleiben Sie bei strukturierter Forschung oder stellen Sie eine andere Frage.
- Zwei Regler gleichzeitig. Gruppen, die zwei Regler bewegen, erhalten Ergebnisse, die sie nicht erklären können. Rollenkarten helfen: Die einzige Aufgabe einer Person ist zu prüfen, dass sich nur ein Regler bewegt hat.
- Schlussfolgerungen über die Daten hinaus. „Bodenfeuchte hat keine Wirkung“ aus drei Werten über 45 % ist der klassische Fall. Fragen Sie jede Gruppe nach dem Bereich, den sie getestet hat.
- Keine Zeit zum Präsentieren. Ohne die Präsentationsrunde kennt jede Gruppe nur ein Viertel der Antwort. Schützen Sie die letzten fünfzehn Minuten.
- Nur die Endantwort bewerten. Der Plan und das Nachdenken über die Methode sind die Forschungskompetenzen. Bewerten Sie auch diese.
Hilfen, damit Forschen nicht zum Raten wird
- Ein Planungsraster. Der Plan aus drei Zeilen von oben, gedruckt oder in die Anleitung für Schüler eingefügt.
- Rollenkarten. Eine Person bedient die Simulation, eine protokolliert, eine prüft, dass nur ein Regler bewegt wurde.
- Eine Hilfeleiter. Bereiten Sie für jede wahrscheinliche Stelle, an der es hakt, drei Hinweise mit steigender Hilfe vor und geben Sie zuerst den kleinsten.
- Behauptung, Beleg, Begründung. Fragen Sie jede Gruppe nach einer Behauptung, zwei Zahlen, die sie stützen, und einem Satz Begründung.
- Eine Bereichsprüfung. Bevor eine Gruppe „keine Wirkung“ schreibt, fragen Sie: „Habt ihr den ganzen Bereich getestet?“
Wo POE und 5E hineinpassen
Forschendes Lernen, Vorhersagen–Beobachten–Erklären und das 5E-Modell ergänzen sich.
- Ein POE-Zyklus ist eine einzelne Vorhersage, die einmal geprüft wird. Nutzen Sie ihn als Einstieg einer Forschungsstunde, wie bei der Demo mit der Mittagshitze. Der Leitfaden Vorhersagen, beobachten, erklären behandelt diese Routine.
- In einer 5E-Stunde ist eine geleitete Forschung die Phase Explore (Erkunden), und die Präsentationsrunde führt in Explain (Erklären) über. Der Leitfaden zum 5E-Unterrichtsplan zeigt den ganzen Bogen.
- Für ein förmliches Praktikum mit Wiederholungen und Messunsicherheit machen Sie aus der Untersuchung eine virtuelle Laboraktivität.
Weitere Simulationen, die sich gut für geleitete Forschung eignen: Wärmeübertragung und Dämmung („Welche Änderung spart am meisten Energie?“), Wärmeausdehnung fester Körper („Wovon hängt die Ausdehnung ab?“) und Enzyme in der Industrie („Wann hilft mehr Substrat nicht mehr?“). Weitere Ideen finden Sie, wenn Sie mit Interaktive Simulationen im Unterricht einsetzen beginnen.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen geleiteter und offener Forschung?
Bei geleiteter Forschung stellen Sie die Frage, und die Lernenden planen die Untersuchung. Bei offener Forschung wählen die Lernenden auch die Frage. Geleitete Forschung passt in eine einzelne Stunde; offene Forschung braucht meist ein Projekt.
Wie lange dauert eine Stunde mit geleiteter Forschung und einer Simulation?
Planen Sie 50–60 Minuten ein: ein kurzer Einstieg, zehn Minuten Planung, etwa fünfzehn Minuten Untersuchung und mindestens fünfzehn für die Präsentationsrunde und die Erklärung.
Können jüngere Lernende mit Simulationen forschen?
Ja, auf strukturierter Stufe. Geben Sie ihnen die Frage und die Schritte und lassen Sie sie das Muster finden. Gehen Sie zur geleiteten Forschung über, sobald sie einen fairen Versuch selbst planen können.
Wie bewerte ich eine Forschungsstunde?
Prüfen Sie den Plan, die Daten und die Schlussfolgerung. Ein Fragenset am Link kann die Messungen automatisch prüfen. Lesen Sie die Kurzantworten auf das Nachdenken über die Methode, vor allem darauf, ob die Lernenden den getesteten Bereich respektieren.